被动式电液力伺服系统的力/位耦合机理及解耦控制研究

被动式力伺服系统用于重大工程装备和国防尖端技术领域的载荷试验，其强耦合、承载对象不确定性、非线性强等特点使其成为极难控制伺服系统，而大载荷高精度高频响的负载仿真要求使其结构和控制面临新的挑战，传统的主要靠干扰控制补偿方法来解决强力/位耦合问题已很难达到目的。本项目以阀控摆动马达被动式电液力矩伺服系统为对象，研究被动式力伺服系统控制困难的科学本质所在；揭示载荷模拟试验时由于承载对象的主动运动而引起的力/位耦合作用机理及对系统的影响规律；建立系统的非线性多变量耦合动力学模型；研究非线性参数和力/位耦合对系统动态性能的影响及参数辨识；探索利用结构同步补偿特性变被动式加载为主动式加载的新原理，实现结构解耦；提出基于反步自适应的非线性解耦控制新方法，实现控制解耦。通过系统深入的研究，为高性能被动式电液力伺服系统研制提供理论基础，为我国重大工程和国防领域重大工程型号提供技术支撑。

被动式电液力伺服系统用于航空航天、航海及汽车工业等军事和民用工业的载荷实验，如用于地面半实物模拟空间飞行器舵机空气动力铰链力矩的负载模拟器。其关键问题是加载系统和承载系统之间的强力/位耦合。.项目围绕解决力/位耦合问题开展研究。建立了承载位置系统、力矩加载系统及两系统耦合在一起的被动式电液力伺服系统的数学模型，从双输入双输出控制系统角度，分析了力/位耦合机理。分析了马达排量、腔体和管道容积、连接刚度及加载梯度等主要参数对耦合力矩的影响。基于力/位耦合机理，为从根本上解决力/位耦合问题，必须设法抵消掉承载系统的主动运动，使加载系统和承载系统之间保持“相对静止”。为此，项目提出一种用于被动式电液伺服加载系统的复式同步加载伺服马达，这就从加载原理上实现了变被动加载为主动加载，从本质上解决了力/位耦合问题，实现了对被动式电液力伺服系统的同步结构解耦控制。.对复式同步结构摆动马达的关键密封问题进行研究。分别从耐压能力、泄漏量和工艺角度对矩形、梯形、星形三种典型组合密封结构进行了对比研究，并对四种密封材料与壳体配对组成的密封副进行了摩擦磨损试验，得出了明确结论。利用平行平面缝隙流动原理分析了影响间隙式密封性能的因素，给出间隙式密封时的泄漏量的计算方法，并进行了试验验证。为不同应用背景下摆动马达密封技术提供了理论指导。.提出了被动式力伺服系统的自适应反步滑模控制策略，基于系统的状态空间方程，设计了非线性反步自适应滑模控制器。通过对系统模型的等价变换和选择适当的Lyapunov函数，有效解决了所设计的控制量与自适应律相互嵌套的问题。对具有较强非线性和参数时变性的被动式力伺服系统，在极端负载仿真环境背景下的工程应用具有实际指导意义。项目研制了被动式电液力伺服系统的模拟实验平台。.本项目的研究成果为高性能被动式电液力伺服系统研制提供了理论基础，为我国重大工程和国防领域重大工程型号提供了技术支撑。